输电线路接点温度在线监测仪研究

行 舟 朱建军 纪青春 徐向军 曹少军

（兰州供电公司，甘肃兰州 730070）

0 引言

电力设备的温度与其运行状况密切相关，在正常运行条件下电力设备的温度保持在一定范围内，但是在异常时，电力设备的温度则会急剧上升。输电线路上线路之间的接点以及电气设备之间的联接点是受温度上升影响最大的薄弱环节。处于正常运行状态的高压输电线路接点温度不高于线路导线的温度，随着负荷的增大，或者接点出现了连接不良、引流线夹腐蚀或紧固螺栓松动等问题时，由负荷增加或局部放电引起的接点发热会影响接点的金属部分电阻增大，并造成温度进一步升高，形成恶性循环，直至酿成事故[1]。

目前为保证电网的安全运行，在用电高峰季来临之前均需要对高压输电线路的接点进行全面的检测[2]。电力系统原来一直使用红外测温仪或热成像仪进行定期检测[3-4]，但在两次巡检中间发生温度过高时，则不能有效检测故障现象。另外红外测温设备受外部环境因素影响较大，对有些设备无法进行测温。基于居里温度的输电线路接点温度监测仪利用了材料的温感特性，当任何时候发生温度越限时，能够给出温度越限指示，提示巡检人员发现发热重大缺陷并及时消除安全隐患。

1 监测仪工作原理

1.1 居里温度

居里温度是指铁磁性材料转变成顺磁性材料的过渡温度或临界温度，也称居里点或磁性转变点。当温度比居里点低时，此材料为铁磁体，具有铁磁性，这时与材料相关的磁场难以变化。当温度比居里点高时，此材料变为顺磁体，磁体的磁场易受周围磁场因素影响[5-6]。

1.2 监测仪结构设计

输电线路接点温度监测仪利用热敏铁氧体具有的居里特性对温度变化进行监视。监测仪内固定有预先设定好居里温度的热敏铁氧体材料，正常运行情况下，接点温度达不到监测仪内的热敏铁氧体的设定温度，即热敏铁氧体具有铁磁性；当接点温度升高达到监测仪设定温度时，内部的热敏铁氧体变为顺磁体，迅速失去铁磁性。利用热敏铁氧体的铁磁性与弹簧机构构造输电线路接点温度监测仪，结构如图1所示。

永久磁铁嵌在内指示套顶部，上面是下限温度热敏铁氧体，两侧为弹簧机构1，顶部固定在外指示套上；永久磁铁下面是上限温度热敏铁氧体，与两侧弹簧机构2一起固定在底座上端。定位槽内壁有螺纹，用于与接头上的螺丝连接。

上、下限温度热敏铁氧体具有不同居里温度。上限温度热敏铁氧体、永久磁铁与弹簧2配合实现上限温度指示报警，下限温度热敏铁氧体、永久磁铁与弹簧1配合实现下限温度指示报警。初始状态（未报警）时，上、下限温度热敏铁氧体均具有铁磁性，弹簧机构1和2由于磁力作用处于压缩状态，指示套与底座重合。若输电线路接头温度上升到温度下限值，下限温度热敏铁氧体变为顺磁体，失去铁磁性，弹簧机构1失去约束力而释放，外指示套弹起，温度监测仪处于越下限温度报警状态，如图2（a）所示。如温度上升到上限温度，上限温度热敏铁氧体也瞬时失去铁磁性，永久磁铁的吸力消失，弹簧机构2释放，内指示套弹起，温度监测仪处于越上限温度报警状态，如图2（b）所示。

图2 温度监测仪报警指示状态

底座和在内指示套的外面安装定位用的固定凸肩。为保证报警状态的可辨识性以及夜间巡视的可视性，底座和内指示套外表面分别涂有不同醒目颜色的反光漆，以识别温度监测仪的报警状态。

在报警状态下，热敏铁氧体在弹簧机构的弹力下离开永久磁铁一段距离，即使温度恢复到限值一下，此时的吸引力小于弹力，所以温度监测仪将保持报警状态。若要恢复到未报警状态，只能靠外力将指示套压下使热敏铁氧体靠近永久磁铁，使两者吸合。

实验室内温度试验表明，对于设定报警温度限值70℃的温度监测仪，在不同外界环境温度时进行动作测试，温度监测仪均能正确进行报警。在环境温度17.5℃时，平均动作温度误差为3℃，在环境温度70℃时，平均动作温度误差为1.8℃，均不超过设计要求的±4℃。

2 监测仪的改进模型

为使在线监测仪的结构更加简单实用，降低加工成本并保证监测仪对温度的测试更加准确、灵敏，本文在原有监测仪的基础上提出了一种新的改进模型。改进的温度监测仪主要包括指示套、弹簧、热敏铁氧体、永久磁铁以及感温蜡等部分。指示套盖上固定有感温蜡或其它的不可逆性变色漆，感温蜡或变色漆的感温温度低于热敏铁氧体的居里温度，随着设备温度的升高，当达到下限预设报警温度时，刚好达到感温蜡或感温涂料的动作温度，感温蜡熔化或感温涂料发生变色，给予巡检人员报警指示。

3 监测仪的应用

目前根据上述输电线路接点感温在线监测仪模型设计的电力接点温度报警监测仪已经在一些实际线路中得到了应用。如图3、4所示，为监测仪的现场应用图。其中，图3为监测仪的初始状态即未报警状态，图4为监测仪的报警状态。

感温在线监测仪除了能灵敏、准确地报告输电线路接点的温度过高外，还主要具有以下特点：抗高强电磁场、低温、抗风、抗震、抗覆冰、抗老化、雷电、大风、大雾、化学腐蚀，能在各种恶劣环境下保持正常功效。可以作为副帽直接安装到螺栓上，利于安装，也可以用于其它高压电气设备如变压器、互感器、高压开关柜、刀闸等高压联接点的温升监测。

图3 感温在线监测仪现场应用图（未报警）

图4 感温在线监测仪现场应用图（报警）

4 结论

电力负荷的快速增长及对电力供电可靠性的需求都要求电力系统设备能正常稳定的工作，本文根据实际运行要求，利用居里温度特性设计了基于铁磁材料的输电线路接点温度监测仪，采用双限值报警结构扩大了温度监测范围。运行经验证明，输电线路接点温度监测仪由于内部无电子器件不受电磁干扰影响，安装简便不影响电力系统设备正常运行，适用于电磁污染严重的高压输电线路及开关柜等高压联接点的温度监测，其温度记忆性有效防止巡检周期间的温度异常漏检，是电力设备温度监测的必要补充。

[1]安丽娟.高压输电线路安全监测系统[D].硕士学位论文.太原理工大学.2008.

[2]周垚.高压输电线路导线温度在线监测系统研究与实现[D].硕士学位论文.北京交通大学.2009.

[3]陈绍鑫，吴培胜，孙云涛，等.输电线路温度和弧垂在线监测装置应用研究[J].华北电力技术.2008.3：14-16.

[4]蓝彦，黄磊，曹年红, 等，输电导线温度智能传感器设计[J]，水电自动化与大坝监测，2011，vol35（5）：34-36.

[5]张宝峰，陈刚，李文润.由电感测量铁氧体材料的居里温度 [J].物理实验 .2005.25（7）：9-11.

[6]只德瑞.基于单片机的居里温度测量研究[J].天津商学院学报 .2006.26（3）：43-45.